分子電子デバイスを量産可能にする製造技術を開発(Turning Molecules into Reliable Electronic Devices)

2026-08-03 マサチューセッツ工科大学(MIT)

マサチューセッツ工科大学(MIT)の研究チームは、単一分子を電子デバイスとして安定的に利用するための新たな手法を開発した。分子エレクトロニクスは、分子そのものを回路素子として活用することで超小型・低消費電力デバイスの実現が期待される一方、分子と電極との接続状態が不安定で、電気特性のばらつきが大きいことが実用化の障害となっていた。研究では、分子と電極界面の結合構造を精密に制御する設計手法を導入し、電子輸送特性を高い再現性で維持できることを実証した。これにより、単一分子デバイスの性能評価や大量製造に向けた信頼性が大幅に向上し、分子レベルで動作するトランジスタやメモリ、超高密度集積回路などへの応用が期待される。今回の成果は、次世代ナノエレクトロニクスや量子デバイスの実用化を支える重要な基盤技術となる。

分子電子デバイスを量産可能にする製造技術を開発(Turning Molecules into Reliable Electronic Devices)
A false-color electron microscope image shows the devices. Using the new scalable fabrication technique, researchers fabricated more than 1,000 devices using sub-nanometer molecular layers. Image: Courtesy of the researchers

<関連情報>

高収率分子デバイスのための自己組織化コンタクト Self-assembled contacts for high-yield molecular devices

Sarah O. Spector,Peter F. Satterthwaite,Maxwell Conte,Teddy Hsieh,Eduard O. Bobylev,Kieran Dunn,Weikun Zhu,Jinwoo Sim,Jeremiah A. Johnson & Farnaz Niroui
Nature Nanotechnology  Published:03 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41565-026-02227-9

Abstract

With their atomic precision and synthetically tailorable properties, molecules offer new possibilities for emerging computing, sensing, optical and quantum technologies. However, the scalable, damage-free integration of molecules into active devices with atomic-scale control remains a critical challenge due to incompatibility with existing top-down fabrication processes. Here we introduce self-assembled contacts, a strategy in which device structures are first fabricated using standard semiconductor manufacturing processes and subsequently transformed through engineered surface interactions to form self-aligned, pristine interfaces with molecules. We validate this approach by fabricating over 1,000 electrically active metal–molecule–metal devices with yields of up to 99% and stable operation over 105 measurement cycles, even for molecular layers thinner than 1 nm. In situ Raman measurements verified the preservation of molecular integrity. Beyond individual devices, the platform supports system-level integration, which we demonstrate through vector-matrix multiplication, a fundamental operation in neuromorphic computing, implemented in a crossbar array of self-rectified molecular memory devices. Our results establish self-assembled contacts as a scalable platform for integrating molecular functionalities into devices, bridging self-assembly and top-down manufacturing.

0403電子応用
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